Nghiên cứu về sợi bazan trong các ứng dụng kỹ thuật xây dựng dân dụng

1. Hướng dẫn ứng dụng chính

• Vật liệu cốt thép bê tông

Bê tông cốt sợi (BFRC): Phương pháp rút ngắn Sợi bazanCác hạt có kích thước s (6-24mm) được trộn vào bê tông (tỷ lệ trộn 0,1%-0,5%), có thể cải thiện đáng kể khả năng chống nứt (giảm chiều rộng vết nứt từ 30%-50%), khả năng chống va đập (tăng gấp 2-3 lần) và độ bền (khả năng chống chu kỳ đóng băng-tan chảy tăng 40%).

Thay thế cốt thép: Trong môi trường ăn mòn (ví dụ: kỹ thuật hàng hải), thanh cốt sợi bazan (Thanh BFRPVật liệu này có thể thay thế cốt thép để tránh các vấn đề ăn mòn. Ví dụ, việc sử dụng... bfrp Việc gia cố các trụ cầu vượt biển ở Thanh Đảo dự kiến ​​sẽ kéo dài tuổi thọ của cây cầu lên hơn 100 năm.

• Gia cố và sửa chữa kết cấu

Gia cường bằng vải/lưới sợi: Vải sợi bazan (cường độ kéo ≥2000MPa) được dán lên bề mặt dầm và cột, có thể tăng khả năng chịu tải lên 20%-30%. Ví dụ, sau khi một cây cầu cũ ở Tứ Xuyên được gia cường bằng vải sợi bazan, khả năng chịu tải đã được nâng cấp từ cấp II lên cấp I.

Gia cố chống động đất: vật liệu composite gia cường bằng sợi (BFRPCác cột bê tông bọc thép có thể tăng cường độ dẻo dai và khả năng tiêu thụ năng lượng, phù hợp cho các công trình xây dựng ở những khu vực dễ xảy ra động đất.

• Cấu trúc composite mới

Tấm panel dạng sandwich sợi bazan-polymer: được sử dụng cho mái nhà và vách ngăn có trọng lượng nhẹ, vừa có độ bền cao vừa có khả năng cách nhiệt tốt (độ dẫn nhiệt ≤ 0,05 W/mK).

Vật liệu xây dựng cho in 3D: sợi bazan- Vật liệu xi măng cốt thép có thể tạo ra các cấu trúc in phức tạp và giảm thiểu chất thải xây dựng.

2. Ưu điểm kỹ thuật và dữ liệu cốt lõi

3. Tiến trình nghiên cứu và các trường hợp điển hình

• Nghiên cứu trong nước

Đại học Thanh Hoa: đã phát triển bê tông cải tiến bằng vật liệu composite sợi bazan-nano-silica, giúp tăng 25% cường độ nén và giảm 60% khả năng thấm ion clorua.

Đại học Đông Nam: Đề xuất công nghệ dầm bê tông cốt thép gia cường bằng vật liệu composite BF/nhựa epoxy, giúp kéo dài tuổi thọ mỏi hơn 3 lần.

• Ứng dụng quốc tế

Nhật Bản: Sau trận động đất Hanshin, một tòa nhà cao tầng ở Osaka đã sử dụng tường chịu lực gia cường bằng lưới thép BF, và khả năng chống động đất đã được cải thiện 40%.

Châu Âu: Bê tông cốt thép BF đã được sử dụng trong các cửa cống kiểm soát lũ lụt ở Venice, Ý, với tuổi thọ 50 năm chống lại sự xói mòn của nước biển.

• Các trường hợp kỹ thuật

Trung Quốc - Cầu Hồng Kông-Chu Hải-Macao: Sợi bazan Vật liệu composite được sử dụng trong lớp chống ăn mòn của một số cầu cảng, giúp giảm chi phí bảo trì đến 30%.

Mỹ - Hệ thống vận tải nhanh vùng vịnh San Francisco (BART): Vải BF được sử dụng để gia cố lớp lót đường hầm, giúp tăng khả năng chống biến dạng lên 25%.

4. Những thách thức và định hướng tương lai

• Các vấn đề hiện có

Hiệu suất liên kết giao diện không đủ: giao diện giữa sợi và bê tông/nhựa dễ bị bong tróc, cần phát triển các chất liên kết mới (ví dụ: chất điều chỉnh silan).

Thiếu dữ liệu về hiệu suất dài hạn: đặc tính biến dạng dão của cốt thép BF trong môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao (dữ liệu hơn 10 năm vẫn chưa hoàn chỉnh).

Tính đồng nhất của hệ thống tiêu chuẩn: các thông số kỹ thuật thiết kế kỹ thuật cho vật liệu lò cao ở các quốc gia khác nhau vẫn chưa được thiết lập đầy đủ (Trung Quốc đã ban hành GB/T 38143-2019, nhưng các chi tiết áp dụng cần được hoàn thiện).

• Hướng nghiên cứu trong tương lai

Vật liệu composite sợi thông minh: cảm biến tích hợp để giám sát tình trạng kết cấu (ví dụ: nhận biết biến dạng, vết nứt).

Công nghệ chế tạo thân thiện với môi trường: giảm nhiệt độ nóng chảy và kéo sợi (hiện cần 1400-1500℃), và phát triển quy trình ít phát thải carbon.

Tăng cường độ bền cộng hưởng đa cấp: pha trộn sợi carbon và sợi thép để tạo ra vật liệu composite có cấu trúc phân cấp.

5. Tóm tắt

Việc ứng dụng sợi bazan Trong kỹ thuật xây dựng dân dụng, công nghệ này đã chuyển từ phòng thí nghiệm sang thực tiễn kỹ thuật, và các đặc tính tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường của nó phù hợp với nhu cầu về các công trình xanh theo mục tiêu “giảm phát thải carbon kép”. Trong tương lai, cần phải đột phá trong việc tối ưu hóa giao diện, kiểm chứng độ bền lâu dài và các công nghệ then chốt khác, đồng thời thúc đẩy việc cải thiện các tiêu chuẩn thiết kế và sự phối hợp chuỗi công nghiệp, để đẩy nhanh việc ứng dụng quy mô lớn trong các dự án cơ sở hạ tầng quy mô lớn, kỹ thuật hàng hải, phòng chống động đất và thiên tai, và các kịch bản khác.